요약하자면 이렇다.
처음 엔트로피 개념을 주창한 사람은 1865년 Clasius였다. 이때는 Atom이니 뭐니 개념이 없었던 시절이기 때문에 macroscopic한 관점에서만 dqrev / T 에 엔트로피라는 이름을 주어다. 그 뒤 Boltzmann이 S = klogΩ 란 식을 사용한 이후로, 엔트로피는 점차 disorder란 오해가 생기기 시작한다. (그 뒤 Helmholtz나 Gibbs로 이어진다) 그리고 지금, 엔트로피는 무질서를 나타내는 Criteria, 혹은 무질서 그 자체로 이해되고 있고 또 설명되고 있다.
아니다. 엔트로피는 (물질이 아니라)에너지의 Dispersion을 나타내는 척도다.
DS > Dq/T 의 적절한 설명은 다음과 같다. "엔트로피 변화는 주어진 온도에서의 에너지의 확산량을 나타낸다."
열역학적으로 설명하면, macro-state와 micro-state가 있다. macro-state는 T,P,V 등 state function으로 정의될 수 있다. 그런데 한 macro-state에는 통계학적으로 여러개의 micro-state로 존재할 수 있는 "경우의 수"가 있을 것이다. (예를 들어 perfect하게 crystallized된 절대영도의 고체는 macro-state에 대응되는 micro-state가 1개라고 할 수 있다.) 볼츠만 시대에 그의 최선이었던 "무질서도" 보다는 이러한 micro-state의 개수의 의미가 ㅁㅁ확산을 더 잘 표현하는 말이다.
가장 흔하게 오해되는 몇가지 경우들에 대해서 살펴보겠다.
1. 물컵안의 얼음
Wrong : 처음엔 물/얼음에서 물로 변하면 phase가 2개에서 1개로 더 ordered된 것 아닌가?
Right : 물에 있는 에너지가 얼음으로 확산되는 것이다.
1-2. 물과 기름
Wrong : 둘이 마구 섞여야 하는 것 아닌가? 왜 질서정연하게 두 Phase로 정렬되나?
Right : 열역학적으로 가장 안정한, micro-state가 많을 때가 바로 분리되었을 때이다.
2. 진공에서 Gas분자 확산
Wrong : q의 변화 없이도 엔트로피가 증가할 수 있나? 혹은 엔트로피가 농도와 관련이 있나? 등
Right : 더 넓은 Volume으로 에너지가 확산되었고 더 많은 micro-state가 가능하기 때문에 q의 변화 없이도 엔트로피는 증가하였다고 할 수 있다.
3. Gas나 Liquid량의 두 배 증가
Wrong : 엔트로피는 농도와 같은 intensive value(T, P)인가?
Right : 엔트로피는 mass(Energy)와 함께 연동되는 extensive value(m, V, E)이다.
4. Monoatomic에서 mass에 영향을 받는가?
Wrong : 무질서도에는 상관이 없으므로 mass와 상관없다.
Right : 엔트로피는 mass와 함께 연동되는 extensive value(m, V, E)이다.
5. Subcooled water crystallization
Wrong : 왜 무질서한 물에서 정돈된 얼음이 자발적으로 일어나는가?
Right : crystall로부터 에너지가 발산되어 확산된다. 남은 물들의 온도는 오히려 올라가는 효과가 생긴다.
6. Supersaturated solution crystallization
Wrong : 5번과 동일, 게다가 solution온도는 drop됨
Right : solution으로부터 crystall로 에너지가 확산 된다. (정확히 이해 안됐음)
출처
1. http://entropysite.oxy.edu/cracked_crutch.html#c1
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